DE112013006091B4

DE112013006091B4 - Verfahren zur Verbesserung von Reibwertgradienten von Kupplungen eines Doppelkupplungsgetriebes eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE112013006091B4
Application number: DE112013006091.4T
Authority: DE
Inventors: Andreas Götz; Jens Kramer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-12-19
Filing date: 2013-11-20
Publication date: 2020-10-15
Anticipated expiration: 2033-11-21
Also published as: WO2014094757A2; CN104903607A; WO2014094757A3; CN104903607B; DE112013006091A5; DE102012223765A1

Abstract

Verfahren zur Verbesserung von Reibwertgradienten von Kupplungen eines Doppelkupplungsgetriebes eines Kraftfahrzeuges, welches zwei Teilantriebsstränge (8, 9) umfasst, die jeweils mittels einer Kupplung (4, 5) mit einer Brennkraftmaschine (2) verbindbar sind und ein Moment auf einen Abtrieb übertragen, wobei während des Fahrbetriebes des Kraftfahrzeuges der einen eingelegten Gang umfassende aktive erste Teilantriebsstrang (8) über die geschlossene erste Kupplung (4) an die Brennkraftmaschine (2) angekoppelt wird, während der inaktive zweite Teilantriebsstrang (9) einen weiteren eingelegten Gang aufweist, wobei bei einer Fahrt des Kraftfahrzeuges in einem Niedriglastbereich eine der beiden Kupplungen (4, 5) in einen Schlupf versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass an der aktiven Kupplung (4) ein gegenüber dem eingelegten Gang niedrigerer Gang durch eine nur teilweise Übertragung der Antriebskraft der Brennkraftmaschine (2) auf die Kupplung (4) simuliert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung eines Reibwertgradienten einer Kupplung in einem Kraftfahrzeug, bei welchem ein Antriebsstrang mittels einer Kupplung mit einer Brennkraftmaschine verbindbar ist und ein Moment auf einen Abtrieb übertragen wird, wobei der Antriebsstrang einen eingelegten Gang aufweist.
Die Offenlegungsschrift DE 10 2005 001 830 A1 offenbart ein Verfahren zur Schwingungsdämpfung im Triebstrang eines ein Automatikgetriebe umfassenden Kraftfahrzeugs, wobei bei Erkennung von Triebstrangschwingungen bzw. von Situationen, bei denen Triebstrangschwingungen auftreten können, ein im jeweiligen Gang nicht am Hauptkraftfluss beteiligtes Schaltelement zur Übertragung eines definierten Moments angesteuert bzw. temporär auf Schlupf gebracht.
Die US 2005/0 250 618 A1 offenbart ein Verfahren zur Kupplungssteuerung, wobei der Kupplungsdruck ermittelt wird und dieser die Drehmomentkapazität der Kupplung bestimmt.
In Kraftfahrzeuge eingesetzte Schalt- und Anfahrkupplungen können generell über ihre Laufzeit Reibwertveränderungen aufweisen Es ist wünschenswert, dass der Reibwertgradient über die Lebensdauer der Kupplung annähernd positiv bleibt. Werden negative Reibwertgradienten über der Schlupfdrehzahl erzeugt, können im Fahrzeug Reibschwingungen auftreten, die den Fahrkomfort deutlich beeinträchtigen. Ob negative Reibwertgradienten entstehen, hängt sehr stark von dem Fahrverhalten des jeweiligen Fahrers ab. Einerseits treten negative Reibwertgradienten auf, wenn die Kupplungen überlastet werden, andererseits, wenn die Kupplungen nahezu ausschließlich mit sehr niedriger Last belastet werden. Unter der Belastung mit einer niedrigen Last soll im Weiteren das Fahren mit Drehzahlen der Brennkraftmaschine von ≤ 2000 Umdrehungen/Minute verstanden werden. Während die Überlastung der Kupplung durch eine ausreichende Dimensionierung der Kupplung unterbunden werden kann, kann dem Niedriglastbetrieb nur durch eine Antirupfregelung entgegengewirkt werden. Bei einer solchen Antirupfregelung wird eine pulsierende Axialkraft an der Kupplung erzeugt, welche die aufgrund eines negativen Reibwertgradienten auftretenden Schwingungen kompensieren soll. Allerdings besteht bei der Verwendung einer solchen Antirupfregelung die Gefahr, dass die Phase verschoben wird und damit sich die Schwingungsneigung des Kraftfahrzeuges weiter verstärken kann. Auch bei einer positiven Wirkung der Antirupfregelung können die reibwertinduzierten Schwingungen nicht vollständig beseitigt, sondern nur reduziert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Stabilisierung des Reibwertgradienten über der Laufzeit einer Kupplung in einem Kraftfahrzeug anzugeben, bei welcher der Reibwertgradient immer im positiven Bereich liegt, wodurch die Schwingungsneigung des Kraftfahrzeuges vollständig unterbunden wird.
Nicht-erfindungsgemäß kann bei der Fahrt des Kraftfahrzeuges in einem Niedriglastbereich die Kupplung kurzzeitig in einen Schlupf gebracht wird. Unter einem Schlupf soll im Weiteren verstanden werden, dass die beiden Kupplungsscheiben der Kupplung eine Differenzdrehzahl zueinander aufweisen, wodurch sich zwischen den beiden Kupplungsscheiben eine Gleitreibung einstellt. Durch ein solches Schlupfverhalten wird eine hohe Energie in die Kupplungslamellen eingeleitet, wodurch sich die Kupplungslamellen erwärmen und Verunreinigungen wie Ölablagerungen und Schmutz an den Oberflächen der Kupplungsbeläge verbrennen, wodurch sich eine neue Oberflächenqualität ergibt. Die Belagsqualität wird gleichzeitig durch die thermische und mechanische Schädigung geändert, wobei über einen solchen Verschleiß die Oberfläche der Kupplung erneuert wird. Auf diese Art und Weise werden die Reibeigenschaften der Kupplung annähernd konstant gehalten und der Reibwertgradient stets positiv eingestellt.
Vorteilhafterweise wird die Kupplung unabhängig von einem Fahrerwunsch in vorgegebenen Zeitintervallen in den Schlupf gebracht. Dies hat den Vorteil, dass der Schlupf durch einfache softwaremäßige Maßnahmen ausgelöst werden kann und somit keine zusätzliche Aufmerksamkeit des Fahrers erforderlich ist. Aufgrund dieser automatischen Vorgehensweise wird im Bedarfsfall ein positiver Reibwertgradient an der Kupplung realisiert.
Der Gang, bei welchem die Kupplung in den Schlupf gebracht wird, ist größer als der zweite Gang. Diese Vorgehensweise empfiehlt sich, da bei höheren Gängen eine langsamere Beschleunigung realisiert wird und daher eine Leistungswegnahme, die durch den kurzzeitigen Schlupfbetrieb der Kupplung realisiert wird, vom Fahrer nicht unmittelbar bemerkt wird. Somit wird diese Maßnahme durch den Fahrer nicht als störend empfunden.
In einer Variante wird ein gegenüber dem eingelegten Gang niedrigerer Gang durch einen genau definierten Schlupf in der übertragenden Kupplung simuliert. Bei einer solchen Simulation wird zwar der niedrige Gang nicht tatsächlich eingelegt, aber die Drehzahl der Brennkraftmaschine wird erhöht, so dass es den Eindruck erweckt, als wenn der niedrigere Gang eingelegt ist. Vom Fahrer wird ein solches Vorgehen als Rückschaltung und somit nicht störend wahrgenommen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung des Reibwertgradienten von Kupplungen eines Doppelkupplungsgetriebes eines Kraftfahrzeuges, welches zwei Teilantriebsstränge umfasst, die jeweils mittels einer Kupplung mit einer Brennkraftmaschine verbindbar sind und ein Moment auf einen Abtrieb übertragen, wobei während des Fahrbetriebes des Kraftfahrzeuges der, einen eingelegten Gang umfassende aktive erste Teilantriebsstrang über die geschlossene erste Kupplung an die Brennkraftmaschine angekoppelt wird, während der inaktive zweite Teilantriebsstrang einen eingelegten weiteren Gang aufweist. Bei einem Verfahren, bei welchem der Reibwertgradient immer im positivem Bereich gehalten werden kann, wird bei einer Fahrt des Kraftfahrzeuges in einem Niedriglastbereich eine der beiden Kupplungen in einen Schlupf versetzt. Diejenige Kupplung, welche in den Schlupf versetzt wird, wird dabei von Verunreinigungen und verbrauchtem Reibmaterial befreit, was die Ursache für einen negativen Reibwertgradienten darstellt. Da in diesem Schlupf eine hohe Energie auf die Oberflächen der beiden Kupplungsbeläge der jeweiligen Kupplung übertragen wird, werden die Kupplungsbeläge erhitzt und deren Oberfläche von Verschmutzungen befreit. Daraus resultiert ein positiver Reibwertgradient, der durch die wiederholte Einstellung des Schlupfzustandes annähernd stabil gehalten wird.
Vorteilhafterweise wird die inaktive zweite Kupplung unabhängig vom Fahrerwunsch und unbemerkt vom Fahrer für einen vorgegebenen Zeitraum wiederholt in den Schlupf versetzt. Bei Feststellung eines Niedriglastbetriebes durch die Software wird die Kupplung automatisch von Verunreinigungen befreit und somit der positive Reibwertgradient annähernd konstant für den weiteren Fahrbetrieb bereitgestellt.
In einer Ausgestaltung wird an dem, die inaktive Kupplung enthaltenden Teilantriebsstrang der nächst-niedrigere Gang zu dem, die aktive Kupplung umfassenden Teilantriebsstrang eingelegt. Dieses Einlegen erfolgt bevor die dazugehörige inaktive Kupplung angepresst wird. Das Einlegen dieses nächst-niedrigeren Ganges ermöglicht die Einstellung der Differenzdrehzahl der Kupplungsscheiben zueinander durch Ankoppeln der Zahnräder des Getriebes. Das Ankoppeln dieser Zahnräder führt zur Ausbildung der Differenzdrehzahl und das Anpressen, d.h. die Zuführung einer Axialkraft, führt zu einer Kraftübertragung zwischen den Kupplungsscheiben, wodurch die gewünschte Energie zur Verbrennung der Verunreinigungen auf den Kupplungsbelägen gebildet wird. Dies hat den Vorteil, dass der Fahrer bei einem Wunsch nach höherer Fahrdynamik keine zeitlichen Nachteile hat. Der Wunsch nach höherer Fahrdynamik würde bei diesem Vorgehen sogar beschleunigt werden können, da der Kupplungsweg sowohl von der aktiven als auch von der inaktiven Kupplung bereits zurückgelegt ist.
In einer Variante ist der Gang, bei welchem die Kupplung in den Schlupf gebracht wird, größer als der zweite Gang. Da in den höheren Gängen generell eine niedrigere Dynamik vorhanden ist, woraus sich eine langsamere Beschleunigung des Kraftfahrzeuges ergibt, wird eine solche Leistungswegnahme subjektiv durch den Fahrer als unkritisch empfunden.
In einer weiteren Ausführungsform wird die inaktive Kupplung direkt oder nach einer Überschneidungsschaltung der beiden Kupplungen in den Schlupf versetzt. Bei der Überschneidungsschaltung handelt es sich um den Zeitraum, in welchem die aktive Kupplung geöffnet und die inaktive Kupplung gleichzeitig in den geschlossenen Zustand verbracht wird. Dabei lässt sich die Zeit verkürzen, bei welcher die offene Kupplung bei eingelegtem Gang angepresst wird, da aus der Überschneidungsschaltung vorhandene Reibungsenergie bereitgestellt wird.
Vorteilhafterweise wird der Vorgang zur Verbesserung des Reibwertgradienten abgebrochen, wenn eine hohe Fahrdynamik seitens des Fahrers angefordert wird. Damit wird zuverlässig gewährleistet, dass eine Beschleunigung des Fahrzeuges ohne Einschränkungen möglich ist.
Erfindungsgemäß wird an der aktiven Kupplung ein gegenüber dem eingelegten Gang niedrigerer Gang durch eine nur teilweise Übertragung der Antriebskraft der Brennkraftmaschine auf die Kupplung simuliert. Dies hat den Vorteil, dass eine höhere Drehzahl der Brennkraftmaschine realisiert wird, als sie normalerweise tatsächlich durch den eingelegten Gang gewährleistet ist. Dadurch wird sichergestellt, dass kein Einfluss auf die Fahrdynamik ausgeübt wird, da die Brennkraftmaschine in dieser Phase ein erhöhtes Motormoment zur Verfügung stellt, um die Schlupfleistung der aktiven Kupplung zusätzlich zur Verfügung zu stellen. Die Erhöhung des Motormomentes ist insbesondere darum von Vorteil, damit dieser Vorgang keinen Einfluss auf die eigentliche Fahrdynamik der Brennkraftmaschine ausübt und vom Fahrer unbemerkt bleibt.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsbeispiele zu. Eines davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
Es zeigt:

1: Prinzipdarstellung eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges mit einem Doppelkupplungsgetriebe.

1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Antriebsstranges 1 eines Kraftfahrzeuges mit einem Doppelkupplungsgetriebe. Dabei ist eine Antriebseinheit 2, beispielsweise eine Brennkraftmaschine, über eine Welle 3 mit dem Doppelkupplungsgetriebe verbunden, welches im Weiteren näher beschrieben werden soll.
Das Doppelkupplungsgetriebe besteht aus zwei Teilsträngen. Der erste Teilstrang weist dabei eine erste Teilgetriebekupplung 4 auf, welche an einen ersten Teilantriebsstrang 9 führt. Die Antriebseinheit 2 in Form der Brennkraftmaschine ist außerdem mit einem zweiten Teilstrang verbunden, welcher eine zweite Teilgetriebekupplung 5 umfasst, die an einen zweiten Teilantriebsstrang 8 führt. Die beiden Teilantriebsstränge 8, 9 sind über ein Achsdifferenzial 10 an eine Antriebsachse 11 des Kraftfahrzeuges geführt.
In den Teilantriebssträngen 8, 9 sind unterschiedliche Gänge abgelegt. So weist der erste Teilantriebsstrang 9 die ungeraden Gänge, wie 1, 3, 5, auf, während der zweite Teilantriebsstrang 8 die geraden Gänge, wie 2, 4, 6, umfasst. Beim Wechsel von einem Gang in einen weiteren Gang müssen beide Teilgetriebekupplungen 4, 5 gleichzeitig betätigt werden, da mittels der ersten Teilgetriebekupplung 4 der eine Gang von der Welle 3 abgekoppelt wird, während mit Hilfe der zweiten Teilgetriebekupplung 5 der weitere Gang mit der Welle 3 und somit der Brennkraftmaschine 2 verbunden wird. Diese Vorgehensweise wird als Überscheidungsschaltung bezeichnet.
Jede Teilgetriebekupplung 4, 5 wird von einer Teilgetriebekupplungsaktorik 6, 7 betätigt. Die erforderliche Betätigungsenergie kann entweder über einen Elektromotor oder eine hydraulische Pumpe zur Verfügung gestellt werden, ggf. in Kombination mit einem Energiespeicher. Die Teilgetriebekupplungsaktoriken 6, 7 sind mit einem Steuergerät 12 verbunden, welches die Teilgetriebekupplungsaktorik 6 bzw. 7 bei Bedarf ansteuert. Zur Betätigung der Teilgetriebekupplungen 4, 5 wird als Teilgetriebekupplungsaktorik 6, 7 ein hydraulischer oder hydrostatischer Kupplungsaktor (HCA - Hydrostatic Clutch Actuator) verwendet, wie er beispielsweise in der DE 10 2010 047 801 A1 oder DE 10 2010 047 800 A1 offenbart ist.
Im Weiteren soll die Teilgetriebekupplung 4 als aktive und die Teilgetriebekupplung 5 als inaktive Kupplung betrachtet werden. Die aktive Teilgetriebekupplung 4 steht dabei im Kraftschluss mit der Welle 3, die von der Antriebseinheit 2 angetrieben wird. In gewissen vorgegebenen Zeitintervallen und abhängig von der gegebenen Fahrsituation wird die noch offene Teilgetriebekupplung 5 bei eingelegtem Gang für wenige Sekunden in Schlupf versetzt, d.h. angepresst. Die Auswahl der Zeitintervalle erfolgt dabei in Abhängigkeit der Kilometer-Leistung des Kraftfahrzeuges, der Laufleistung, der Anzahl der Schaltungen, dem Fahrkollektiv und ähnlichem. Bei den Fahrsituationen wird zwischen Teillast (d.h. Drehzahl der Brennkraftmaschine ≤ 2000 Umdrehungen /min) bzw. einer nahezu Konstantgeschwindigkeit unterschieden. Sowohl die Auswahl des Zeitintervalls als auch der Fahrsituation erfolgt dabei unabhängig vom Fahrerwunsch durch eine im Steuergerät 12 abgelegte Software. Der Zeitraum, für welchen die inaktive Teilgetriebekupplung 5 bei eingelegtem Gang in den Schlupf versetzt wird, hängt dabei von der erzeugten Schaltleistung bzw. der Schaltarbeit ab. Damit der Fahrer von diesem Vorgang nichts bemerkt bzw. damit dieser Vorgang keinen Einfluss auf die Fahrdynamik des Kraftfahrzeuges hat, erhöht die Antriebseinheit 2 in dieser Zeit das Motormoment um das Kupplungsmoment, welches an der inaktiven zweiten Teilgetriebekupplung 5 notwendig ist. Sollte der Fahrer in dieser Phase, in welcher die beiden Teilgetriebekupplungen 4, 5 betätigt sind, eine höhere Fahrdynamik anfordern, wird der Vorgang entweder abgebrochen (wenn keine Rückschaltung geplant ist), indem eine der beiden Teilgetriebekupplungen 4, 5 geöffnet wird und das Motormoment entsprechend dem vom Gaspedal vorgegebenen Moment angepasst wird oder der Vorgang wird sogar für schnellere Rückschaltungen genutzt, da der Lüftweg der inaktiven Teilgetriebkupplung 5 bereits zurück gelegt ist. In beiden Fällen wird die volle Leistung der Brennkraftmaschine zum Vortrieb des Kraftfahrzeuges genutzt.
Die erläuterte Maßnahme zur Erhöhung des Reibwertes bzw. der Einstellung eines positiven Reibwertgradienten wird an der inaktiven Teilgetriebekupplung 5 vorzugsweise immer nur dann eingestellt, wenn höhere Gänge realisiert werden. Unter den höheren Gängen wird dabei ein Gang größer dem zweiten Gang verstanden. Gleichzeitig wird der nächst-niedrigere Gang an der zunächst inaktiven Teilgetriebekupplung 5 eingelegt, bevor diese Kupplung angepresst wird.
Es ist von besonderem Vorteil, wenn bei einem solchen Doppelkupplungsgetriebe die vorgeschlagene Maßnahme direkt vor oder nach der Überschneidungsschaltung durchgeführt wird,da sich aus der Überscheidungsschaltung ohnehin vorhandene Reibungsenergie ergibt, welche die Zeit, mit der die inaktive Teilgetriebekupplung 5 bei eingelegtem Gang angepresst wird, verkürzt.
Alternativ kann während der Überscheidungsschaltung oder bei bereits eingelegtem Gang durch die aktive Teilgetriebekupplung 4 der nächst niedrigere Gang simuliert werden, indem nur ein Teil der Antriebsenergie von der Brennkraftmaschine 2 über die Welle 3 auf die aktive Teilantriebskupplung 4 übertragen wird, was auch als Durchrutschen der Kupplung bezeichnet wird. Der Fahrer wird ein solches Durchrutschenlassen der Kupplung bei einem Automatikgetriebe als Rückschaltung empfinden.
Das erläuterte Verfahren ist in einer Software des Steuergerätes 12 zur Ansteuerung des Doppelkupplungsgetriebes abgelegt und sorgt dafür, dass bei Niedriglastbetrieben über zusätzliche, vom Fahrzeuginsassen nicht spürbaren Schaltungen mit hoher Schaltleistung bzw. Schaltarbeit die Reibwerte in den Teilgetriebekupplungen 4, 5 stabilisiert werden. Dabei entstehen für den Fahrer bei einem Wunsch nach höherer Fahrdynamik keine zeitlichen Nachteile.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsstrang
2: Antriebseinheit
3: Welle
4: Teilgetriebekupplung
5: Teilgetriebekupplung
6: Teilgetriebekupplungsaktorik
7: Teilgetriebekupplungsaktorik
8: Teilantriebsstrang
9: Teilantriebsstrang
10: Achsdifferenzial
11: Antriebsachse

Claims

Verfahren zur Verbesserung von Reibwertgradienten von Kupplungen eines Doppelkupplungsgetriebes eines Kraftfahrzeuges, welches zwei Teilantriebsstränge (8, 9) umfasst, die jeweils mittels einer Kupplung (4, 5) mit einer Brennkraftmaschine (2) verbindbar sind und ein Moment auf einen Abtrieb übertragen, wobei während des Fahrbetriebes des Kraftfahrzeuges der einen eingelegten Gang umfassende aktive erste Teilantriebsstrang (8) über die geschlossene erste Kupplung (4) an die Brennkraftmaschine (2) angekoppelt wird, während der inaktive zweite Teilantriebsstrang (9) einen weiteren eingelegten Gang aufweist, wobei bei einer Fahrt des Kraftfahrzeuges in einem Niedriglastbereich eine der beiden Kupplungen (4, 5) in einen Schlupf versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass an der aktiven Kupplung (4) ein gegenüber dem eingelegten Gang niedrigerer Gang durch eine nur teilweise Übertragung der Antriebskraft der Brennkraftmaschine (2) auf die Kupplung (4) simuliert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die inaktive zweite Kupplung (5) unabhängig vom Fahrerwunsch für einen vorgegebenen Zeitraum wiederholt in den Schlupf versetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an dem, die inaktive Kupplung (5) enthaltenden Teilantriebsstrang (8) der nächst-niedrigere Gang zu dem Gang eingelegt wird, welcher in dem, die aktive Kupplung (4) umfassenden Teilantriebsstrang (9) eingelegt ist.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die inaktive Kupplung (5) direkt oder nach einer Überschneidungsschaltung der beiden Kupplungen (4, 5) in den Schlupf versetzt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Vorgang zur Verbesserung des Reibwertgradienten abgebrochen wird, wenn eine hohe Fahrdynamik seitens des Fahrers angefordert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (2) während des Schlupfes der Kupplung (4, 5) ein höheres Moment zur Verfügung stellt.